Proces projektowania PCB: podejście projektowe EDA

Zespoły zajmujące się sprzętem odnoszą sukces, gdy mogą przejść od wymagań do działającej, możliwej do wyprodukowania płyty z jak najmniejszą liczbą powtórzeń. Automatyzacja projektowania elektronicznego (EDA) realizuje ten cel, dostarczając zintegrowany, oparty na ograniczeniach przepływ pracy, który utrzymuje wymagania elektryczne, mechaniczne i produkcyjne w zgodzie od pierwszego schematu blokowego do ostatecznego wydania.

EDA zastępuje ręczne rysowanie i izolowane symulatory zjednoczonym środowiskiem dla przechwytywania wymagań, wprowadzania schematów, symulacji, układu i trasowania PCB, weryfikacji oraz dokumentacji produkcyjnej. Kiedy oprogramowanie EDA jest dobrze dobrane i odpowiednio skonfigurowane, skraca cykle projektowe i poprawia wydajność pierwszego przebiegu.

Kluczowe wnioski

• EDA unifikuje przepływ pracy PCB. Jednolity, oparty na ograniczeniach model danych łączący wymagania, schematy, symulację, układ, weryfikację i wydanie pomaga zmniejszyć liczbę powtórzeń i poprawić wydajność pierwszego przebiegu.
• Standaryzacja powinna być mierzalna. Buduj wspólne biblioteki i zestawy ograniczeń, integruj z MCAD i PLM, a następnie śledź liczby powtórzeń na projekt, wydajność pierwszego przebiegu i czas od zamrożenia schematu do wydania.
• Integracja jest teraz podstawowym oczekiwaniem. Nowoczesne środowisko EDA powinno łączyć się bezproblemowo z MCAD, PDM, PLM i narzędziami analizy, aby zespoły elektryczne, mechaniczne i produkcyjne mogły pracować na bieżących danych, aby zredukować niespodzianki na późnym etapie.
• Zjednoczony kontekst stanowi różnicę. Platforma Altium łączy Altium Discover do eksploracji rozwiązań, Altium Develop do projektowania PCB oraz Altium Agile do przepływów pracy w przedsiębiorstwie, tworząc skoordynowane środowisko dla rozproszonych zespołów zajmujących się sprzętem.

Co to jest projektowanie EDA w inżynierii PCB?

Oprogramowanie EDA jest używane do projektowania, symulacji, weryfikacji i przygotowania systemów elektronicznych do produkcji. W inżynierii PCB projektowanie EDA zwykle obejmuje:

1. Wymagania i architekturę systemu
2. Przechwytywanie schematów i logiczną łączność
3. Symulację i analizę
4. Układ i trasowanie PCB
5. Weryfikację i zatwierdzenie
6. Dokumentację i wydanie

Większość oprogramowania EDA jest wysoko wyspecjalizowana w określonym obszarze projektowania; tylko kilka aplikacji może adresować wszystkie aspekty rozwoju produktu. Tradycyjne przepływy pracy przenosiły każdy etap do oddzielnego narzędzia, z ręcznymi przekazaniami między nimi. Nowoczesna automatyzacja projektowania EDA łączy je razem za pomocą jednego modelu danych, więc łączność, ograniczenia, biblioteki i wyjścia produkcyjne pochodzą z jednego projektu.

Jakie są popularne narzędzia EDA do projektowania elektronicznego?

Firmy zajmujące się automatyzacją projektowania elektronicznego oferują narzędzia, które można zgrupować w trzy szerokie kategorie.

1. Narzędzia na poziomie podstawowym i o ograniczonych kosztach
   • CircuitMaker oferuje użytkownikom darmową platformę do projektowania z zestawem narzędzi bardzo podobnym do Altium Designer, w tym darmową osobistą przestrzeń roboczą w Altium 365.
   • KiCad dostarcza zdolny, otwartoźródłowy pakiet do schematów, PCB i podstawowej 3D. Jest używany w edukacji, pracach hobbystycznych oraz w startupach na wczesnym etapie.
   • EasyEDA i podobne narzędzia oparte na przeglądarce oferują projektowanie schematów i PCB hostowane w chmurze, często powiązane z niskokosztową produkcją.
2. Środowiska profesjonalne
   • Altium Develop to flagowe rozwiązanie na platformie Altium dla profesjonalnych zespołów PCB. Obsługuje bardzo duże projekty, zaawansowane ograniczenia i głęboką integrację z łańcuchem dostaw wymaganą w produktach motoryzacyjnych, lotniczych i medycznych.
   • Cadence OrCAD, Siemens PADS oraz Zuken CR-8000 również kierują swoją ofertę do profesjonalnego projektowania z funkcjami przechwytywania i układu, plus opcjonalne moduły analizy.
3. Platformy przedsiębiorstwa
   • Altium Agile zawierają podstawowy zestaw funkcji dostępny w Altium Develop i rozszerzają go o zarządzanie danymi przedsiębiorstwa. Zaawansowane funkcje zarządzania są dostępne w chmurze lub jako wdrożenie lokalne.
   • Cadence Allegro oraz Siemens Xpedition to bardziej rozbudowane platformy, które obsługują duże projekty.

Początkujący i hobbystyczni użytkownicy często zaczynają od KiCad, EasyEDA lub CircuitMaker, ponieważ są to darmowe narzędzia na poziomie podstawowym. Zespoły produkcyjne zwykle standardyzują użycie Altium, OrCAD, PADS lub innych zaawansowanych platform przedsiębiorstwa, gdy złożoność płytek i wymagania dotyczące zgodności rosną.

Czy automatyzacja projektowania EDA może być zintegrowana z innymi narzędziami?

Udane projekty sprzętowe wymagają koordynacji między działami elektrycznym, mechanicznym oraz zaopatrzeniem/produkcją na każdym etapie. Skuteczne projektowanie EDA zakłada ścisłą integrację z zarządzaniem danymi produktu (PDM), zarządzaniem cyklem życia produktu (PLM), mechanicznym CAD (MCAD) oraz narzędziami analitycznymi.

Integracja ECAD i MCAD

Trójwymiarowe formaty i współpraca ECAD–MCAD ułatwiają udostępnianie konturów płytek, stref zakazanych, obudów komponentów, regionów sztywno-elastycznych oraz montaży wielopłytowych. W Altium Develop współpraca ECAD–MCAD jest wbudowana w podstawowe środowisko dzięki MCAD CoDesigner, więc zespoły PCB i mechaniczne mogą wymieniać zmiany bez ręcznego przekazywania plików, a obie strony widzą tę samą historię rewizji.

Integracja PLM i PDM

Systemy PLM i PDM służą jako oficjalny zapis dla części, specyfikacji materiałowej (BOM) oraz rewizji. Gdy oprogramowanie do projektowania EDA integruje się z PLM, może przesyłać strukturalne dane BOM do systemu ewidencyjnego, powiązywać wydania z konkretnymi rewizjami projektów oraz dostosowywać wnioski o zmianę inżynieryjną do bieżącego projektu. Na platformie Altium, Altium Agile zapewnia automatyzację przepływu pracy, zarządzanie oraz głębszą łączność z systemami przedsiębiorstwa takimi jak PLM i Jira.

Symulacja, produkcja i testowanie

Czołowe środowiska EDA integrują się również z rozwiązaniami do analizy sygnałów i integralności zasilania, systemami testowymi opartymi na netlistach oraz zewnętrznymi narzędziami projektowania pod kątem produkowalności (DFM).

Jakie są główne funkcje narzędzi do automatyzacji projektowania EDA?

Większość oprogramowania EDA do projektowania PCB ma wspólną podstawę. Kluczowe funkcje, na które warto zwrócić uwagę, to:

1. Jednolita baza danych projektu
   Schematy, układy PCB, modele 3D i wyjścia produkcyjne dzielą jedną podstawową reprezentację projektu. Jest to kluczowe dla Altium Develop na platformie Altium, gdzie wszystkie widoki i wyjścia pochodzą z tych samych danych.
2. Zarządzanie ograniczeniami i silniki reguł
   Reguły obejmują klasy sieci, fizyczne odstępy, cele impedancji i długości, użycie via, pary różnicowe i limity produkcyjności. Systemy ograniczeń stosują te zasady w schemacie i układzie, a automatyczne sprawdzanie reguł weryfikuje zgodność.
3. Zintegrowana symulacja i analiza
   Symulacja na poziomie schematu i świadoma układu analiza integralności sygnału (SI) oraz integralności zasilania (PI) pomagają zidentyfikować problemy funkcjonalne i z dystrybucją mocy przed fabrykacją.
4. Interaktywne i wspomagane trasowanie
   Silniki trasowania egzekwują ograniczenia, jednocześnie wspierając efektywne przepływy pracy. Możliwości często obejmują prowadzone trasowanie par różnicowych, strojenie długości i zaawansowane strategie via, czasami z automatyczną asystą.
5. Trójwymiarowa wizualizacja i funkcje ECAD-MCAD
   Trójwymiarowe widoki płytek pomagają weryfikować wysokości, odstępy i zachowanie układów sztywno-elastycznych. W Altium Develop widoki 3D są ściśle zintegrowane z edytorem PCB, co pozwala projektantom przełączać się między szczegółową edycją 2D a pełnymi zestawami 3D.
6. DFx i dokumentacja produkcyjna
   Narzędzia DFx analizują możliwości produkcyjne i testowalność, podczas gdy narzędzie EDA generuje wyjścia do produkcji i montażu, w tym pliki Gerber lub ODB++, dane wiertnicze, układy warstw i rysunki montażowe oraz pliki rozmieszczenia. Taka dokumentacja jest wbudowana w Altium Develop, zamiast wymagać zewnętrznego dodatku.
7. Biblioteka, zarządzanie danymi i współpraca
   Centralne biblioteki, przestrzenie pracy w chmurze, kontrola wersji, recenzje i API pomagają zespołom zarządzać częściami i projektami na dużą skalę. Platforma Altium, dostarczana przez Altium Develop i Altium Agile, jest wybitnym przykładem tego podejścia.

Jak automatyzacja EDA poprawia procesy projektowania elektronicznego?

Automatyzacja projektowania EDA zmienia cykl życia PCB poprzez przesunięcie kontroli na wcześniejszy etap, zachowanie zgodności intencji z realizacją i redukcję rozbieżności danych.

Przesuwa krytyczne kontrole na wcześniejszy etap

Kontrole zasad elektrycznych, wczesna symulacja i konfiguracja ograniczeń przesuwają jakościową pracę na początek projektu. Projektanci weryfikują architekturę i wybór komponentów przed zobowiązaniem się do układu, redukując późniejsze iteracje.

Utrzymuje zgodność intencji i implementacji

Systemy ograniczeń zapewniają, że zasady uzgodnione podczas wymagań i architektury kierują rozmieszczeniem i trasowaniem. W Altium Develop ten sam zestaw reguł obowiązuje zarówno w schemacie, PCB, jak i wyjściach produkcyjnych, więc elektryczna intencja i fizyczna implementacja pozostają spójne.

Zmniejsza ręczne tłumaczenie i dryf danych

Ścisła integracja z MCAD, PLM i produkcją redukuje ręczny eksport danych i ponowne wprowadzanie. BOMy i dokumentacja są pozyskiwane z autorytatywnej bazy danych projektowej, a narzędzia do współdzielenia oparte na chmurze utrzymują wszystkich na tej samej rewizji.

Jak wybrać i ustandaryzować środowisko EDA

Aby konsekwentnie osiągać te korzyści, potrzebujesz środowiska projektowego EDA, które wspiera jednolity przepływ. Oceniając opcje, rozważ:Złożoność płyty, cele wydajnościowe i wymagania regulacyjne

• Rozmiar zespołu, rozkład geograficzny i potrzeby współpracy
• Wymagania integracyjne z narzędziami MCAD, PLM i zewnętrznymi narzędziami analizy
• Czy preferujesz pojedynczą zintegrowaną aplikację czy luźny zestaw modułów

Platforma Altium, dostarczana poprzez Altium Discover, Altium Develop i Altium Agile, łączy pojedynczy interfejs projektowy, silne możliwości 3D i ECAD-MCAD, zintegrowane wyjścia produkcyjne oraz platformę chmurową do współpracy i zarządzania cyklem życia. Inne popularne narzędzia EDA do projektowania elektroniki mogą spełniać podobne potrzeby, szczególnie w bardzo dużych przedsiębiorstwach dysponujących dużymi budżetami, ale często z większym uzależnieniem od oddzielnych baz danych i łańcuchów narzędzi.

Dla większości organizacji PCB praktycznym rozwiązaniem jest wybór platformy projektowej EDA, która obejmuje wymagania, schematy, symulacje, układ, weryfikację i wypuszczenie w jednym środowisku; budowanie wspólnych bibliotek i ograniczeń; integracja z systemami mechanicznymi i danymi; oraz śledzenie metryk takich jak liczba obrotów na projekt, pierwsze przejście bez błędów i czas od zamrożenia schematu do wypuszczenia. Jeśli te liczby poprawiają się z kwartału na kwartał, Twoja strategia automatyzacji EDA działa.

Często zadawane pytania

1. Co to jest projektowanie EDA w inżynierii PCB?

Projektowanie EDA w inżynierii PCB to wykorzystanie oprogramowania do automatyzacji projektowania elektronicznego w celu zarządzania pełnym cyklem życia płytki, w tym przechwytywaniem wymagań, tworzeniem schematów, symulacją, układaniem i trasowaniem PCB, weryfikacją oraz wydaniem do produkcji. Celem jest utrzymanie wszystkich tych etapów w jednym środowisku sterowanym ograniczeniami, zamiast używania oddzielnych narzędzi.

2. Jak oprogramowanie do projektowania EDA wpisuje się w ogólny proces projektowania PCB?

Oprogramowanie do projektowania EDA stanowi kręgosłup przepływu pracy PCB. Przekłada wymagania produktu i elektryczne na schematy, weryfikuje zachowanie za pomocą symulacji, implementuje fizyczną płytę, sprawdza ją pod kątem elektrycznych i produkcyjnych reguł oraz generuje wyjścia do produkcji i montażu z wspólnego projektu i zestawu bibliotek.

3. Czym Altium różni się od innych popularnych narzędzi EDA do projektowania elektronicznego?

Altium dostarcza swoje możliwości za pośrednictwem platformy Altium z trzema połączonymi rozwiązaniami: Altium Discover do eksploracji rozwiązań i komponentów, Altium Develop jako główne środowisko projektowania PCB i systemów, oraz Altium Agile do przepływów pracy przedsiębiorstwa i integracji. Razem zapewniają jeden kontekst dla schematów, układu PCB, 3D, ograniczeń, inteligencji łańcucha dostaw i dokumentacji, redukując potrzebę łączenia wielu narzędzi.

4. Kiedy zespół powinien przejść z narzędzi podstawowych na profesjonalne środowisko EDA?

Zespoły zazwyczaj potrzebują profesjonalnego środowiska EDA, gdy płyty stają się szybsze, gęstsze lub bardziej regulowane, a liczba ponownych prób zaczyna się kumulować. W takim momencie profesjonalne oprogramowanie do projektowania EDA, takie jak Altium Develop, oferuje silniejsze ograniczenia, lepszą integrację 3D, bardziej rozbudowaną dokumentację i ściślejszą współpracę.

5. Jakie są korzyści z oprogramowania do projektowania EDA zintegrowanego z systemami MCAD i PLM?

Oprogramowanie do projektowania EDA integruje się z MCAD, dzięki czemu zespoły mechaniczne i elektryczne mogą dzielić te same geometrie i modele komponentów. Dzięki integracji z PLM, BOMy, dane części i rewizje są przekazywane do korporacyjnego systemu ewidencyjnego. Na platformie Altium, Altium Develop zajmuje się codzienną współpracą ECAD-MCAD, a Altium Agile skupia się na zarządzaniu danymi, łączności z PLM i przepływach pracy związanych z hardwarem.

6. Jakie funkcje powinienem priorytetyzować przy ocenie oprogramowania EDA dla szybkich lub skomplikowanych płyt?

Priorytetyzuj zarządzanie ograniczeniami i analizę. Potrzebujesz silnego wsparcia dla klas sieci, kontroli impedancji, dopasowania długości, par różnicowych, zasad dotyczących via oraz zasad produkowalności, a także dostępnej analizy integralności sygnału i mocy związanej z rzeczywistym układem. Zintegrowane środowisko, takie jak Altium Develop, ułatwia stosowanie i weryfikację tych ograniczeń w sposób spójny.

7. Jak współpraca oparta na chmurze zmienia sposób, w jaki zespoły PCB korzystają z narzędzi EDA?

Współpraca oparta na chmurze przekształca projektowanie PCB w wspólną przestrzeń roboczą, gdzie projekty, biblioteki i wyniki pozostają aktualne i dostępne dla odpowiednich osób. Na platformie Altium, Altium Develop i Altium Agile zapewniają widoki oparte na przeglądarce, kontrolowane udostępnianie i zintegrowane komentarze, aby zmniejszyć wysyłanie plików e-mailem i utrzymać zgodność rozproszonych zespołów.

8. Jak zespół powinien planować migrację do ustandaryzowanego środowiska projektowego EDA, takiego jak Altium?

Podejście praktyczne obejmuje wybieranie projektów pilotażowych, ustalanie metryk sukcesu, budowanie wspólnych bibliotek i szablonów ograniczeń w nowym środowisku, a następnie szkolenie zespołu i prowadzenie tych pilotaży przy jednoczesnym dopracowywaniu procesów pracy. Standardizacja na platformie Altium pozwala na jednorazowe ustawienie tej infrastruktury i jej ponowne wykorzystanie w różnych produktach. Istniejący klienci Altium mogą migrować do Discover, Develop i Agile na tej samej platformie, która już hostuje ich projekty.